JP2001157497A

JP2001157497A - 同期発電機の発電制御装置

Info

Publication number: JP2001157497A
Application number: JP33020499A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Shindo; 洋一新藤; Yutaka Nozue; 裕野末
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2001-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】体格をＵＰすることなく、またＡＣＧ巻線を
別にすることなく、充電量が不足する場合に、同期発電
機の巻線をコイルに見立てた昇圧型スイッチングレギュ
レータとして機能させ、不足分の電流を補うことができ
る同期発電機の発電制御装置を提供する。【解決手段】２輪車用エンジンや汎用エンジンに連携
される発電機１であって、この発電機１の制御システム
２は、発電機１の出力を整流する整流ブリッジ４と、整
流された出力電圧を監視する出力電圧監視回路５と、監
視の結果などに応じて制御するための処理を司るＣＰＵ
６と、出力電圧に基づいて整流ブリッジ４のスイッチン
グ素子を制御するゲート回路７などから構成され、整流
された出力電圧を監視し、出力電圧が規定電圧に満たな
い場合には電界効果トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ３を
ＯＮ／ＯＦＦしてスイッチング動作を行うように制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、同期発電機とその
出力を整流するための整流ブリッジとを備える発電装置
に関し、充電量が不足する場合に整流ブリッジのスイッ
チング素子を強制的にＰＷＭ駆動して、同期発電機の巻
線をコイルに見立てた昇圧型スイッチングレギュレータ
として機能させる方式に好適な同期発電機の発電制御装
置に適用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、同期発電機とその出力を整流する
ための整流ブリッジとを備える発電装置において、たと
えば３相発電機（ＡＣＧ）の一例としては、図６に示す
ような回路構成によるショート型レギュレータ方式があ
る。このショート型レギュレータ方式の３相ＡＣＧは、
Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の発電コイル３が巻装された固
定子と、この固定子に対向して回転自在に配設された回
転子と、この回転子に設けられたマグネットと、３相の
発電コイル３による発電電流を整流する複数のダイオー
ドＤ２１〜Ｄ２６からなる整流ブリッジ２４などから構
成され、ショート型レギュレータとして動作させるため
のサイリスタＳＣＲ２１〜ＳＣＲ２３がブリッジ列のＨ
ｉｇｈサイドの各ダイオードＤ２１〜Ｄ２３とＬｏｗサ
イドの各ダイオードＤ２４〜Ｄ２６との接続ノードにそ
れぞれ接続されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
な３相ＡＣＧにおいて、回転数に対する充電電流の特性
は、たとえば図７のようになる。低速域の充電電流を確
保するためには、細い巻線を多く巻けばよいが、中・高
速域の充電電流が少なくなってしまう。中・高速域の充
電電流を確保するためには、太い巻線を少なく巻けばよ
いが、今度は低速域の充電電流が不足してしまう。すな
わち、低回転から充電し、かつ高回転時の発電電流を確
保するためには、ＡＣＧの体格をＵＰする必要がある。
しかし、体格ＵＰは、重い、慣性マスの増加、コストＵ
Ｐとなり好ましくない。従って、体格ＵＰをせずに、相
反する２つの要件（低回転からの充電、中高速域での充
電電流確保）を満足する手段が必要になる。

【０００４】また、ＡＣＧスタータにおいては、たとえ
ば図８のような特性となる。すなわち、モータ性能を満
足するように巻線するには、太い線を巻数少なく巻く必
要がある。このため、高速域の充電電流は確保できる
が、低速域が要件を満足できない。従って、従来はＡＣ
Ｇ巻線を別にして対応している。

【０００５】そこで、本発明の目的は、前記のような相
反する２つの要件の問題点に着目し、体格をＵＰするこ
となく、またＡＣＧ巻線を別にすることなく、整流ブリ
ッジの構成を工夫することで、充電量が不足する場合
に、同期発電機の巻線をコイルに見立てた昇圧型スイッ
チングレギュレータとして機能させ、不足分の電流を補
うことができる同期発電機の発電制御装置を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点を
解決するために、同期発電機とその出力を整流するため
の整流ブリッジとを備える発電装置において、整流ブリ
ッジを構成するサイリスタの代わりに電界効果トランジ
スタなどの自己ＯＦＦ機能を持ったスイッチング素子を
使用することで本方式への対応を可能とし、充電量が不
足する場合（たとえばアイドリング回転時）に、Ｌｏｗ
サイドの電界効果トランジスタを強制的にＰＷＭ駆動さ
せることにより、同期発電機の巻線をコイルに見立てた
昇圧型スイッチングレギュレータとして機能させ、不足
分の電流を補うことを可能とするものである。

【０００７】すなわち、本発明による同期発電機の発電
制御装置は、整流ブリッジの少なくとも１素子を電界効
果トランジスタなどのＯＮ／ＯＦＦ制御可能なスイッチ
ング素子で構成し、この整流ブリッジにより整流された
出力電圧を監視する出力電圧監視手段と、この出力電圧
監視手段による監視の結果、出力電圧が規定電圧に満た
ない場合にはスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦしてスイ
ッチング動作を行うように制御する制御手段とを有する
ものである。

【０００８】この構成において、前記整流ブリッジを電
界効果トランジスタで構成されたブラシレスモータのド
ライブブリッジと兼用したり、また、前記スイッチング
動作を同期発電機の出力交流波形の周波数より高い周波
数で行ったり、さらに、前記スイッチング素子を複数で
構成し、スイッチング動作を複数のスイッチング素子に
対して同時に行ったり、あるいは、前記同期発電機の発
生電圧が規定電圧を超える場合には、スイッチング素子
をＯＮし出力をショートして電圧を制御するショート型
レギュレータとして動作させるようにしたものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明す
るための全図において、同一の部材には同一の符号を付
し、その繰り返しの説明は省略する。

【００１０】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１である同期発電機の発電制御装置を含む制御システ
ムを示す回路図、図２および図３は本実施の形態におい
て、昇圧型スイッチングレギュレータを説明するための
原理図と動作波形図、図４は昇圧回路による低回転時の
充電特性を示すグラフである。

【００１１】まず、図１により、本実施の形態における
発電機１の発電制御装置を含む制御システム２の構成の
一例を説明する。本実施の形態の発電機１は、たとえば
２輪車用エンジンや汎用エンジンに連携されて応用さ
れ、Ｙ結線による３相の発電コイル３が備えられている
ＡＣＧに適用される。この発電機１は、図示しないが、
Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の発電コイル３が固定子に巻装
され、この固定子に対向して回転子が回転自在に配設さ
れている。この回転子には、マグネットが設けられてい
る。また、回転子は、エンジンのクランクシャフトに直
結されている。なお、界磁手段として、界磁コイルを用
いた界磁方式や、マグネットと界磁コイルを備えたハイ
ブリッド界磁方式とすることも可能である。

【００１２】この発電機１の制御システム２は、発電機
１の出力を整流する整流ブリッジ４と、この整流された
出力電圧を監視する出力電圧監視回路５と、この監視の
結果などに応じて制御するための処理を司るＣＰＵ６
と、このＣＰＵ６を介して出力電圧に基づいて整流ブリ
ッジ４のスイッチング素子を制御するゲート回路７など
から構成されている。この制御システム２には、３相端
子間に発電機１の発電コイル３が、電源端子間にバッテ
リー８がそれぞれ接続されて、発電機１による発電電流
が整流され、出力電圧としてバッテリー８に充電される
ようになっている。

【００１３】整流ブリッジ４は、複数のダイオードから
なるブリッジ構造に対して少なくとも１素子がＯＮ／Ｏ
ＦＦ制御可能なスイッチング素子で構成され、ここでは
３列によるＨｉｇｈサイド、Ｌｏｗサイドのブリッジ列
のうちのＬｏｗサイドがスイッチング素子である電界効
果トランジスタからなり、３個のダイオードＤ１〜Ｄ３
と、３個の電界効果トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ３
と、この各電界効果トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ３内
に並列接続で生成される３個の寄生ダイオードＤ４〜Ｄ
６などから構成されている。

【００１４】この整流ブリッジ４において、３列の各ブ
リッジ列はＨｉｇｈサイドの各ダイオードＤ１〜Ｄ３と
Ｌｏｗサイドの各電界効果トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥ
Ｔ３とがそれぞれ直列に接続され、ダイオードＤ１〜Ｄ
３は共通に電源電位に、電界効果トランジスタＦＥＴ１
〜ＦＥＴ３は共通に接地電位に接続され、各ブリッジ列
の各ダイオードＤ１〜Ｄ３と各電界効果トランジスタＦ
ＥＴ１〜ＦＥＴ３との各接続ノードから発電機１の発電
コイル３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ接続されてい
る。この電界効果トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ３の各
ゲートは、ゲート回路７に接続され、このゲート回路７
によりゲート制御される。

【００１５】出力電圧監視回路５は、整流ブリッジ４に
より整流された出力電圧を監視する出力電圧監視手段で
あり、整流ブリッジ４におけるダイオードＤ１〜Ｄ３の
電源電位側に接続されるとともにＣＰＵ６に接続され、
整流ブリッジ４により整流された出力電圧を入力とし、
この出力電圧に対応した信号をＣＰＵ６に出力するよう
に構成されている。

【００１６】ＣＰＵ６は、出力電圧監視回路５に接続さ
れるとともにゲート回路７に接続され、出力電圧監視回
路５からの出力電圧に対応した信号を入力とし、この信
号に応じてゲート回路７を制御するための信号を出力す
るように構成されている。特に、このＣＰＵ６は、出力
電圧監視回路５による監視の結果に基づいて制御する制
御手段としての機能を有し、出力電圧の監視の結果、こ
の出力電圧が規定電圧に満たない場合には、電界効果ト
ランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ３をＯＮ／ＯＦＦしてスイ
ッチング動作を行うように制御するための信号を生成
し、この信号をゲート回路７に対して出力する。このＣ
ＰＵ６から出力された信号に基づき、ゲート回路７によ
り整流ブリッジ４の各電界効果トランジスタＦＥＴ１〜
ＦＥＴ３が制御される。

【００１７】以上のように、本実施の形態の発電機１の
発電制御装置を含む制御システム２は、整流ブリッジ４
の構成に電界効果トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ３など
の自己ＯＦＦ機能を持ったスイッチング素子を使用し、
特に充電量が不足する場合（たとえばアイドリング回転
時）に、Ｌｏｗサイドの電界効果トランジスタＦＥＴ１
〜ＦＥＴ３を強制的にＰＷＭ駆動させることにより、発
電機１の巻線を発電コイル３に見立てた昇圧型スイッチ
ングレギュレータとして機能させ、不足分の電流を補う
ことが可能な制御方式が採用されている。

【００１８】次に、本実施の形態の作用について、始め
に発電機１の通常動作を簡単に説明する。この発電機１
は、回転子にクランクシャフトを介して直結されたエン
ジンが始動されることにより起動される。すなわち、エ
ンジンが始動されると、クランクシャフトに連結された
回転子が固定子に対向して回転する状態になる。このた
め、回転子のマグネットの磁束が回転磁界を形成して発
電コイル３を切る状態になり、発電コイル３において起
電力が発生する。この発電コイル３の起電力は、整流ブ
リッジ４を介して整流されてバッテリー８に充電された
り、あるいは外部に取り出されて所望の負荷に供給され
る。

【００１９】続いて、本実施の形態における、発電機１
の動作方法および制御方法の一例を説明する。本実施の
形態では、発電機１が出力を出せないときに、出力交流
波形の周期より高いＰＷＭ周波数（たとえば２０ｋＨ
ｚ）で、ショート動作をさせることで昇圧型スイッチン
グレギュレータとして動作させる（ＰＷＭ周波数は、発
電コイル３の時定数に比べて十分な余裕を持たせた値に
設定する必要がある）。発生電圧Ｖｏは、後述するよう
に表すことができるので、ＰＷＭのＤｕｔｙを制御する
ことで目的の電圧に合わせることができる。このため
に、機能構成は、出力電圧監視回路５のような出力電圧
検出機能で出力電圧を監視し、ＣＰＵ６による演算処理
により目標電圧に合うようにＤｕｔｙを制御すればよ
い。

【００２０】この動作方法は、目標電圧に達しない場合に本機能の動作を開始する、目標電圧と実際の出力電圧との差をとり、この差に応
じ制御された結果のＤｕｔｙをＬｏｗサイドの電界効果
トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ３にかける。その結果、
昇圧された出力電圧を目標値との差に応じてＤｕｔｙを
増減させ出力電圧が目標値と一致するように制御する、出力電圧がＰＷＭによる昇圧動作をしなくても目標電
圧を超える場合は、本機能の動作を止めて通常のＡＣＧ
のレギュレータとして機能（電圧が高い場合に電界効果
トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ３をＯＮして出力を短絡
するショート制御）をする、ように動作させる。

【００２１】また、制御方法は、前記図１のようにＣＰ
Ｕ６を用いた場合、たとえばＰＩＤ制御方式などを用い
て出力電圧を制御することができる。あるいは、回路の
みで構成した場合、アナログサーボのようなＰＩＤ回路
での動作も可能であり、また単安定回路を用いた簡易的
なＰＷＭ制御での動作も可能である。前記では、出力
電圧をＰＷＭのＤｕｔｙで制御しているが、回転数毎に
予め決められたＰＷＭのＤｕｔｙ値でのスイッチング動
作を、出力電圧が目標値未満の場合に行い、目標値以上
の場合には停止するＯＮ／ＯＦＦ制御としてもよい。こ
の場合、回転数毎に予め決められたＰＷＭのＤｕｔｙ値
は、角回転数毎の出力電圧が最大となるＤｕｔｙ値に設
定するとよい。

【００２２】続いて、図２および図３により、昇圧型ス
イッチングレギュレータの原理および動作の一例を説明
する。図２は昇圧型スイッチングレギュレータの原理を
説明するための回路図であり、前記図１に対応する発電
機１の発電コイル３、整流ブリッジ４のダイオードＤ１
（Ｄ２，Ｄ３）、電界効果トランジスタＦＥＴ１（ＦＥ
Ｔ２，ＦＥＴ３）などが接続された構成において、昇圧
型スイッチングレギュレータとして動作させることがで
きる。また、図３は図２に対応する各部の動作波形図で
ある。

【００２３】この回路は、電界効果トランジスタＦＥＴ
１（ＦＥＴ２，ＦＥＴ３）がＯＮのときに、発電コイル
３によるインダクタンスＬにエネルギーを蓄え、ＯＦＦ
のときにこのエネルギーを発電エネルギーに重畳させて
出力に取り出す回路である。すなわち、この回路は、発
電電圧より出力電圧を高く取り出せる回路である。電界
効果トランジスタＦＥＴ１（ＦＥＴ２，ＦＥＴ３）がＯ
Ｎのときに発電コイル３によるインダクタンスＬに加わ
る電圧はＶｉ、ＯＦＦのときはＶｏ−Ｖｉとなる。従っ
て、発電コイル３によるインダクタンスＬを流れる電流
が連続的な場合は、定常状態ではこのＴｏｎの期間とＴ
ｏｆｆの期間のインダクタンスＬを流れる電流変化分が
等しく、電流が断続しない場合は、Ｖｉ／Ｌ・Ｔｏｎ＝（Ｖｏ−Ｖｉ）／Ｌ・Ｔｏｆｆとなる。従って、Ｖｏは、Ｖｏ＝（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）／Ｔｏｆｆ・Ｖｉ＝Ｔ／Ｔｏｆｆ・Ｖｉ＝１／（１−Ｄｕｔｙ）・Ｖｉとなる。

【００２４】以上のように、本実施の形態の発電機１を
昇圧型スイッチングレギュレータとして動作させること
で、たとえば図４に一例を示すように、低回転時の充電
特性の改善を実現することができる。図４は昇圧回路に
よる低回転時の充電特性を示すグラフであり、Ｄｕｔｙ
に対する無負荷電圧（０〜７０％Ｄｕｔｙ）、１４Ｖ電
流（４０〜８０％Ｄｕｔｙ）を表し、７０％のＤｕｔｙ
で最適値と見ることができる。

【００２５】すなわち、積極的に発電機１の発電コイル
３をＤＣＤＣコンバータとして用い、充電開始時の特性
を改善することを目的として、たとえば回転数を１７０
０ｒｐｍ、電源を１０Ｖ、ＰＷＭ周波数を２０ｋＨｚ、
負荷を電子負荷とした場合の実験結果において、１７０
０ｒｐｍで１４Ｖ、４Ａを達成することができた。な
お、ここではＰＷＭ周波数を２０ｋＨｚとしたが、１０
ｋＨｚ、５ｋＨｚでも電流を取り出すことは可能であっ
た。

【００２６】従って、本実施の形態によれば、整流ブリ
ッジ４のＬｏｗサイドを電界効果トランジスタＦＥＴ１
〜ＦＥＴ３で構成し、出力電圧監視回路５、ＣＰＵ６お
よびゲート回路７などを有することにより、以下のよう
な効果を得ることができる。

【００２７】（１）整流ブリッジ４により整流された出
力電圧を監視し、この監視の結果、出力電圧が規定電圧
に満たない場合には電界効果トランジスタＦＥＴ１〜Ｆ
ＥＴ３をＯＮ／ＯＦＦしてスイッチング動作を行うよう
に制御することにより、低回転発電機の出力が不足する
低回転域での出力ＵＰが、発電機１の体格をＵＰせずに
可能となる。

【００２８】（２）電界効果トランジスタＦＥＴ１〜Ｆ
ＥＴ３のスイッチング動作を、発電機１の出力交流波形
の周波数より高い周波数で行うことにより、発電機１の
出力波形との同期スイッチングが不用となり、制御回路
が簡単で済む。

【００２９】（３）複数の電界効果トランジスＦＥＴ１
〜ＦＥＴ３に対してスイッチング動作を同時に行うこと
により、正の電圧が発生している出力線に接続された電
界効果トランジスを選択的にＯＮにして発電コイル３に
短絡電流を流す場合には、電流は寄生ダイオードＤ４〜
Ｄ６を経由して発電コイル３に戻ることになる。よっ
て、複数の電界効果トランジスＦＥＴ１〜ＦＥＴ３を同
時にＯＮすることにより、発電コイル３に戻る電流は、
通電損失の小さい電界効果トランジスＦＥＴ１〜ＦＥＴ
３を逆方向に流れることになり、寄生ダイオードＤ４〜
Ｄ６を経由する場合に比べて短絡時の電流が大きくなり
昇圧効果が大きくなるとともに、素子の発熱（損失）を
少なくすることができる。また、短絡電流の立ち上がり
も早くなりＯＮ〜ＯＦＦの時間が短いので、スイッチン
グ周波数を上げることができ、より多くの発電電流を取
り出すことができる。

【００３０】（４）発電機１の発生電圧が規定電圧を超
える場合には、電界効果トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ
３をＯＮし出力をショートして電圧を制御するショート
型レギュレータとして動作させることにより、一般のシ
ョート型レギュレータではショート素子としてサイリス
タを整流器と並列接続するのが一般的であるが、昇圧の
スイッチング素子をそのまま使用できるので、構成が簡
単であり安価である。また、サイリスタに比べて素子部
での損失が小さく発熱が少ないので、制御装置の小型化
が可能であるとともに、発電装置全体として高効率とな
りエンジン発電機では燃費が向上する。

【００３１】（５）発電機１の巻線を利用することで、
回路上も追加部品を少なくすることができるので、コス
トＵＰなしに実現可能となる。また、充電開始回転数を
下げられるので、発電機１の設計が楽になる。さらに、
基本回路が同じなので、単相発電機（ショート型レギュ
レータ）にも使用可能となる。また、３相全て動作させ
た方が多くの電流を取り出すことができるが、１相のみ
でも、２相でもそれなりに出力を取り出すことは可能で
ある。また、発電機１の巻線の相数にこだわらずに対応
可能である。

【００３２】（実施の形態２）図５は本発明の実施の形
態２である同期発電機の発電制御装置を含む制御システ
ムを示す回路図である。

【００３３】本実施の形態の同期発電機は、たとえば２
輪車用エンジンや汎用エンジンに連携されて応用され、
前記実施の形態１との相違点は、整流ブリッジを電界効
果トランジスタで構成されたブラシレスモータのドライ
ブブリッジと兼用し、エンジンの始動時にはモータとし
て動作させ、始動後は発電機として動作させて回転子の
回転により永久磁石との間で電機子コイルにて発電され
るように構成されているＡＣＧスタータに適用する点で
ある。

【００３４】すなわち、本実施の形態の始動発電機１１
は、たとえば図５に一例を示すように、ブラシレスモー
タのＹ結線による３相の電機子コイル１３が備えられて
いる。この始動発電機１１の制御システム１２は、始動
発電機１１の通電を制御するとともに、出力を整流する
ドライブブリッジ１４と、前記実施の形態１と同様の出
力電圧監視回路５およびＣＰＵ６と、このＣＰＵ６を介
して出力電圧に基づいてドライブブリッジ１４のスイッ
チング素子を制御する３相ブリッジドライバ１７などか
ら構成されている。他に、図示しないロータ位置センサ
なども設けられている。

【００３５】ドライブブリッジ１４は、ロータ位置セン
サの検出結果に基づいて回転磁界を形成するような電流
を電機子コイル１３に通電する通電制御機能と、電機子
コイル１３による発電電流を整流する整流機能とを兼ね
備えており、６個の電界効果トランジスタＦＥＴ１１〜
ＦＥＴ１６と、この各電界効果トランジスタＦＥＴ１１
〜ＦＥＴ１６内に並列接続で生成される６個の寄生ダイ
オードＤ１１〜Ｄ１６などから構成されている。

【００３６】このドライブブリッジ１４において、３列
の各ブリッジ列はＨｉｇｈサイドの各電界効果トランジ
スタＦＥＴ１１〜ＦＥＴ１３とＬｏｗサイドの各電界効
果トランジスタＦＥＴ１４〜ＦＥＴ１６とがそれぞれ直
列に接続され、電界効果トランジスタＦＥＴ１１〜ＦＥ
Ｔ１３は共通に電源電位に、電界効果トランジスタＦＥ
Ｔ１４〜ＦＥＴ１６は共通に接地電位に接続され、各ブ
リッジ列の各電界効果トランジスタＦＥＴ１１〜ＦＥＴ
１３と各電界効果トランジスタＦＥＴ１４〜ＦＥＴ１６
との各接続ノードから始動発電機１１の電機子コイル１
３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ接続されている。この
電界効果トランジスタＦＥＴ１１〜ＦＥＴ１６の各ゲー
トは、３相ブリッジドライバ１７によりゲート制御され
る。

【００３７】本実施の形態においても、特に、ＣＰＵ６
は、発電機としての動作時に、出力電圧監視回路５によ
る監視の結果に基づいて制御する制御手段としての機能
を有し、出力電圧の監視の結果、この出力電圧が規定電
圧に満たない場合には、電界効果トランジスタＦＥＴ１
１〜ＦＥＴ１６をＯＮ／ＯＦＦしてスイッチング動作を
行うように制御するための信号を生成し、この信号を３
相ブリッジドライバ１７に対して出力する。このＣＰＵ
６から出力された信号に基づき、３相ブリッジドライバ
１７によりドライブブリッジ１４の電界効果トランジス
タＦＥＴ１１〜ＦＥＴ１６が制御される。

【００３８】従って、本実施の形態によれば、ドライブ
ブリッジ１４を電界効果トランジスタＦＥＴ１１〜ＦＥ
Ｔ１６で構成し、出力電圧監視回路５、ＣＰＵ６および
３相ブリッジドライバ１７などを有することにより、前
記実施の形態１の（１）〜（５）と同様の効果ととも
に、以下のような新たな効果を得ることができる。

【００３９】（１１）整流ブリッジを、電界効果トラン
ジスタＦＥＴ１１〜ＦＥＴ１６で構成されたブラシレス
モータのドライブブリッジ１４と兼用することにより、
エンジン始動機能と発電機能とを兼ね合わせたＡＣＧス
タータでは、ブラシレスモータのドライブブリッジ１４
の電界効果トランジスタＦＥＴ１１〜ＦＥＴ１６をその
まま発電時のスイッチング素子として使用できる。よっ
て、太い線を少なく巻く必要のあるモータコイルを発電
コイルとして使用した場合の課題となる低回転域の発電
能力不足を補うことにより、始動発電機１１のコイル兼
用を可能にできる。

【００４０】本発明は前記実施の形態に限定されるもの
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能で
あることはいうまでもない。たとえば、前記実施の形態
においては、整流ブリッジのＬｏｗサイドを電界効果ト
ランジスタで構成した場合を例に説明したが、これに限
定されるものではなく、整流ブリッジのＨｉｇｈサイド
側を電界効果トランジスタで構成してスイッチングして
も、同様の効果を得ることができる。本発明では、整流
ブリッジの整流素子を電界効果トランジスタに置き換え
てブリッジを構成し、電界効果トランジスタに生成され
る寄生ダイオードで整流を行うようにしているが、通常
の整流器で構成したブリッジの整流器と並列にＩＧＢＴ
などのスイッチング素子を接続しても同様の効果を得る
ことができる。また、電界効果トランジスタに限らず、
ＯＮ／ＯＦＦ制御可能なスイッチング素子であればよ
い。さらに、発電機、始動発電機は、３相に限らず、単
相、５相などのような種々の相数の巻線を有する同期発
電機に広く適用することができる。また、巻線は、Ｙ結
線に限らないことはいうまでもない。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の同期発電
機の発電制御装置によれば、以下のような効果を得るこ
とができる。

【００４２】（１）整流ブリッジの少なくとも１素子を
電界効果トランジスタなどのＯＮ／ＯＦＦ制御可能なス
イッチング素子で構成し、この整流ブリッジにより整流
された出力電圧を監視する出力電圧監視手段と、この出
力電圧監視手段による監視の結果、出力電圧が規定電圧
に満たない場合にはスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦし
てスイッチング動作を行うように制御する制御手段とを
有することで、低回転発電機の出力が不足する低回転域
での出力ＵＰを、発電機の体格をＵＰせずに実現するこ
とが可能となる。

【００４３】（２）整流ブリッジを、電界効果トランジ
スタで構成されたブラシレスモータのドライブブリッジ
と兼用することで、エンジン始動機能と発電機能とを兼
ね合わせた始動発電機では、ブラシレスモータの駆動ブ
リッジのスイッチング素子をそのまま発電時のスイッチ
ング素子として使用することができるので、太い線を少
なく巻く必要のあるモータコイルを発電コイルとして使
用した場合の課題となる低回転域の発電能力不足を補う
ことにより、始動・発電のコイル兼用を実現することが
可能となる。

【００４４】（３）スイッチング動作を、同期発電機の
出力交流波形の周波数より高い周波数で行うことで、発
電機出力波形との同期スイッチングが不用となり、制御
回路を簡単に実現することが可能となる。

【００４５】（４）スイッチング素子を複数で構成し、
スイッチング動作を、複数のスイッチング素子に対して
同時に行うことで、正の電圧が発生している出力線に接
続されたスイッチング素子を選択的にＯＮにして発電コ
イルに短絡電流を流す場合には、電流は整流素子（電界
効果トランジスタの場合には寄生ダイオード）を経由し
てコイルに戻ることになるので、複数のスイッチング素
子を同時にＯＮすることにより、コイルに戻る電流は通
電損失の小さいスイッチング素子を逆方向に流れること
になり、整流素子を経由する場合に比べて短絡時の電流
が大きくなり昇圧効果が大きくなるとともに、素子の発
熱（損失）を少なくすることができる。また、短絡電流
の立ち上がりも早くなりＯＮ〜ＯＦＦの時間が短いの
で、スイッチング周波数を上げることができ、より多く
の発電電流を取り出すことが可能となる。

【００４６】（５）同期発電機の発生電圧が規定電圧を
超える場合には、スイッチング素子をＯＮし出力をショ
ートして電圧を制御するショート型レギュレータとして
動作させることで、一般のショート型レギュレータでは
ショート素子としてサイリスタを整流器と並列接続する
のが一般的であるが、昇圧のスイッチング素子をそのま
ま使用できるので、構成を簡単に、かつ安価に実現する
ことができる。また、サイリスタに比べて素子部での損
失が小さく発熱が少ないので、制御装置の小型化が可能
であるとともに、発電装置全体として高効率となりエン
ジン発電機では燃費を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１である同期発電機の発電
制御装置を含む制御システムを示す回路図である。

【図２】本発明の実施の形態１において、昇圧型スイッ
チングレギュレータを説明するための原理図である。

【図３】本発明の実施の形態１において、昇圧型スイッ
チングレギュレータを説明するための動作波形図であ
る。

【図４】本発明の実施の形態１において、昇圧回路によ
る低回転時の充電特性を示すグラフである。

【図５】本発明の実施の形態２である同期発電機の発電
制御装置を含む制御システムを示す回路図である。

【図６】本発明の前提となる同期発電機の発電制御装置
を含む制御システムを示す回路図である。

【図７】本発明の前提となる同期発電機（ＡＣＧ）にお
いて、回転数に対する充電電流を示す特性図である。

【図８】本発明の前提となる同期発電機（ＡＣＧスター
タ）において、回転数に対する充電電流を示す特性図で
ある。

【符号の説明】

１発電機２制御システム３発電コイル４整流ブリッジ５出力電圧監視回路６ＣＰＵ７ゲート回路８バッテリー１１始動発電機１２制御システム１３電機子コイル１４ドライブブリッジ１７３相ブリッジドライバ２４整流ブリッジＤ１〜Ｄ３ダイオードＦＥＴ１〜ＦＥＴ３電界効果トランジスタＤ４〜Ｄ６寄生ダイオードＦＥＴ１１〜ＦＥＴ１６電界効果トランジスタＤ１１〜Ｄ１６寄生ダイオードＤ２１〜Ｄ２６ダイオードＳＣＲ２１〜ＳＣＲ２３サイリスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H590 AA02 AA10 AA30 AB07 CA07 CA23 CC01 CC02 CC18 CC22 CC23 CC24 CD01 CE05 EA01 EB02 EB12 EB21 EB29 FA08 FB01 FB02 FB03 FC14 FC17 GA02 GB05 HA02 HB20 JA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同期発電機と、前記同期発電機の出力を
整流するための整流ブリッジとを備える発電装置におい
て、前記整流ブリッジの少なくとも１素子が電界効果トラン
ジスタなどのＯＮ／ＯＦＦ制御可能なスイッチング素子
で構成されており、前記整流ブリッジにより整流された
出力電圧を監視する出力電圧監視手段と、前記出力電圧
監視手段による監視の結果、前記出力電圧が規定電圧に
満たない場合には前記スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ
してスイッチング動作を行うように制御する制御手段と
を有することを特徴とする同期発電機の発電制御装置。
【請求項２】請求項１記載の同期発電機の発電制御装
置において、前記整流ブリッジは、電界効果トランジス
タで構成されたブラシレスモータのドライブブリッジを
兼用していることを特徴とする同期発電機の発電制御装
置。
【請求項３】請求項１記載の同期発電機の発電制御装
置において、前記スイッチング動作は、前記同期発電機
の出力交流波形の周波数より高い周波数で行われること
を特徴とする同期発電機の発電制御装置。
【請求項４】請求項１記載の同期発電機の発電制御装
置において、前記スイッチング素子は複数で構成されて
おり、前記スイッチング動作は、前記複数のスイッチン
グ素子に対して同時に行われることを特徴とする同期発
電機の発電制御装置。
【請求項５】請求項１記載の同期発電機の発電制御装
置において、前記同期発電機の発生電圧が規定電圧を超
える場合には、前記スイッチング素子をＯＮし出力をシ
ョートして電圧を制御するショート型レギュレータとし
て動作させることを特徴とする同期発電機の発電制御装
置。
【請求項６】請求項１記載の同期発電機の発電制御装
置において、出力電圧制御は、前記スイッチング素子の
ＯＮ／ＯＦＦのＤｕｔｙを変化させて行うことを特徴と
する同期発電機の発電制御装置。
【請求項７】請求項１記載の同期発電機の発電制御装
置において、出力電圧制御は、回転数毎に予め決められ
た前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦＤｕｔｙ値での
スイッチング動作を断続して行うことを特徴とする同期
発電機の発電制御装置。